張懷文 陸郁 胡蓉 葉子健 許雷明

上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司重慶分公司 發(fā)動(dòng)機(jī)工廠 重慶市 401135

1 引言

汽車(chē)制造企業(yè)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排量和機(jī)型不同，設(shè)計(jì)多種型號(hào)的曲軸產(chǎn)品。不同曲軸型號(hào)尺寸存在差異。當(dāng)型號(hào)切換時(shí)，部分機(jī)床夾具不能完全兼容換型前后兩種型號(hào)，需要更換夾具硬件（如卡爪、支撐、壓頭等）來(lái)保證工件被完全夾緊，此過(guò)程叫做夾具換型。本文分析了夾具換型時(shí)硬件使用錯(cuò)誤可能造成的影響，以及一種利用光電傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)和邏輯程序判斷換型硬件是否存在使用錯(cuò)誤的防錯(cuò)裝置。

2 曲軸型號(hào)介紹

我司發(fā)動(dòng)機(jī)工廠主要生產(chǎn)兩種曲軸型號(hào)：型號(hào)A和型號(hào)B。型號(hào)A總長(zhǎng)為444.46mm，適配排量1.5L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)；型號(hào)B總長(zhǎng)為410.4mm，適配排量1.2L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)（見(jiàn)圖1）。

圖1 曲軸型號(hào)介紹

兩種型號(hào)總長(zhǎng)相差34.06mm，當(dāng)把兩種型號(hào)按軸向定位基準(zhǔn)對(duì)齊擺放在一起時(shí)，可以看到各軸頸的軸向位置存在明顯差異（特別是距離基準(zhǔn)較遠(yuǎn)的軸頸）。

兩種型號(hào)曲軸的主軸頸直徑相同，但由于排量不同，兩種型號(hào)的曲拐半徑和連桿頸直徑有較大差異。

3 曲軸線OP10（工序1）夾具及換型零件介紹

為了分析換型零件使用錯(cuò)誤會(huì)造成的影響，我們以曲軸線OP10工位為例進(jìn)行演示，接下來(lái)我們先介紹該工位夾具及換型零件。

OP10夾具使用兩個(gè)卡爪分別夾緊第一主軸頸（A1）和第五主軸頸（A5）限制徑向位移，使用一個(gè)卡爪夾緊第一連桿頸（P1）限制角向位移，使用分中限制軸向位移（見(jiàn)圖2、3），至此，曲軸的6個(gè)自由度都被完全約束。

圖2 夾具夾緊示意圖

圖3 夾具三維圖

OP10夾具夾緊A1/A5/P1軸頸，為最邊緣軸頸，兩種機(jī)型軸向位置差異大，卡爪無(wú)法完全兼容兩種機(jī)型加工，故夾具換型時(shí)需要更換A1/A5/P1卡爪（詳見(jiàn)圖4，型號(hào)A曲軸對(duì)應(yīng)卡爪A，型號(hào)B曲軸對(duì)應(yīng)卡爪B）。

4 換型零件使用錯(cuò)誤影響分析

型號(hào)A曲軸使用銑刀T01加工法蘭端面，型號(hào)B曲軸使用銑刀T02加工法蘭端面。

由圖4可知，型號(hào)A/B曲軸使用對(duì)應(yīng)卡爪時(shí)，刀具不會(huì)與卡爪干涉，可正常加工；但當(dāng)型號(hào)B曲軸使用卡爪A時(shí)，卡爪A會(huì)夾緊到錯(cuò)誤的位置，加工時(shí)卡爪與刀具干涉，該情況可能導(dǎo)致主軸、卡爪、刀具損壞，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

圖4 換型零件干涉分析

5 換型防錯(cuò)裝置

前期換型操作模式：兩種卡爪分別刻印對(duì)應(yīng)產(chǎn)品型號(hào)，換型時(shí)切換并檢查。整個(gè)過(guò)程為人工操作，因人員精神狀態(tài)及工作疲勞等因素?zé)o法100%確認(rèn)安裝過(guò)程，可能存在裝錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)，且針對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)的探測(cè)度低。

基于上述風(fēng)險(xiǎn)，我們開(kāi)發(fā)使用一種換型防錯(cuò)裝置。該裝置由支撐架、換型盒構(gòu)成，換型盒內(nèi)裝入換型零件（見(jiàn)圖5）。

圖5 換型防錯(cuò)裝置示意圖

換型盒內(nèi)有四個(gè)光電傳感器，分為兩組，傳感器1/2用于感應(yīng)型號(hào)A零件是否在盒內(nèi)，傳感器3/4用于感應(yīng)型號(hào)B零件是否在盒內(nèi)（見(jiàn)圖6）。

圖6 換型盒光電開(kāi)關(guān)示意圖

每個(gè)換型零件下方有一個(gè)撥片機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖7和圖8），當(dāng)所有零件都在盒內(nèi)，左上角光路被遮擋，光電傳感器無(wú)信號(hào)，右下角光路未遮擋，光電傳感器有信號(hào)；當(dāng)所有零件都不在盒內(nèi)，撥片由于重力繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器信號(hào)反轉(zhuǎn)，左上角傳感器有信號(hào)，右下角傳感無(wú)信號(hào)；當(dāng)所有零件不都在盒內(nèi)，兩處光路均被遮擋，兩個(gè)傳感器均無(wú)信號(hào)。

圖7 換型盒光路示意圖

圖8 撥片示意圖

根據(jù)上述邏輯和4個(gè)光電傳感器信號(hào)，可以判斷型號(hào)A/B產(chǎn)品換型零件是否放置于換型盒，共分為以下6種情況：

情況一：傳感器1有信號(hào)，傳感器2無(wú)信號(hào)，型號(hào)A零件都不在換型盒內(nèi)。

情況二：傳感器1無(wú)信號(hào)，傳感器2有信號(hào)，型號(hào)A零件都在換型盒內(nèi)。

情況三：傳感器1無(wú)信號(hào)，傳感器2無(wú)信號(hào)，型號(hào)A零件不都在換型盒內(nèi)。

情況四：傳感器3有信號(hào)，傳感器4無(wú)信號(hào)，型號(hào)B零件都不在換型盒內(nèi)。

情況五：傳感器3無(wú)信號(hào)，傳感器4有信號(hào)，型號(hào)B零件都在換型盒內(nèi)。

情況六：傳感器3無(wú)信號(hào)，傳感器4無(wú)信號(hào)，型號(hào)B零件不都在換型盒內(nèi)。

實(shí)際生產(chǎn)中，加工型號(hào)A產(chǎn)品時(shí)，要求型號(hào)A零件都不在盒內(nèi)，型號(hào)B零件都在盒內(nèi)，故需要同時(shí)滿足情況一和情況五；當(dāng)加工型號(hào)B產(chǎn)品時(shí)，要求型號(hào)A零件都在盒內(nèi)，型號(hào)B零件都不在盒內(nèi)，故需要同時(shí)滿足情況二和情況四；如不滿足以上情況，將會(huì)觸發(fā)機(jī)床報(bào)警。另外，情況三和情況六在任何時(shí)候都是不允許發(fā)生的，它們意味著正確的換型零件沒(méi)有被完全安裝到夾具上，所以這兩種情況會(huì)直接觸發(fā)機(jī)床報(bào)警。

通過(guò)實(shí)際使用證明，該技術(shù)可以起到很好的防錯(cuò)作用，保證換型時(shí)更換的零件與加工產(chǎn)品對(duì)應(yīng)，防止換型零件裝錯(cuò)導(dǎo)致的各種問(wèn)題。

6 結(jié)論

本文講述一種可防止換型硬件使用錯(cuò)誤的防錯(cuò)裝置。該裝置取消了傳統(tǒng)的目視檢查，規(guī)避人工錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)有效降低人工檢查的勞動(dòng)強(qiáng)度及管理壓力，達(dá)到精益生產(chǎn)目標(biāo)。防錯(cuò)的方式分多種，如：產(chǎn)品設(shè)計(jì)防錯(cuò)、工裝/設(shè)備裝置的防錯(cuò)、技術(shù)工藝的防錯(cuò)和人員的防錯(cuò)等，實(shí)際操作時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況選擇最合適、性?xún)r(jià)比最高的防錯(cuò)方式。防錯(cuò)雖然能夠在過(guò)程中最大限度地避免錯(cuò)誤發(fā)生，但防錯(cuò)裝置也有失效的時(shí)候，所以必須在生產(chǎn)過(guò)程中定期的驗(yàn)證和維護(hù)，才能保證防錯(cuò)裝置的正常運(yùn)行。